- •Лабораторный практикум по дисциплине «электронные приборы»
- •I. Цель работы
- •2. Теоретические сведения
- •В равновесном состоянии
- •При прямом смещении
- •При обратном смещении
- •3. Методика и схема эксперимента
- •4. Задание
- •5. Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2. Теоретические сведения
- •3. Методика эксперимента
- •4. Задание
- •7. Литература
- •1. Цель работы
- •2.Теоретические сведения
- •3. Методика и схема эксперимента
- •1.Цель работы
- •2. Теоретические сведения
- •3. Схема и методика эксперимента
- •4. Порядок работы
- •5. Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Литература
- •1. Цель работы
- •2. Теоретические сведения
- •3. Методика и схема эксперимента
- •4. Задание
- •4.1 Собрать схему эксперимента.
- •5.Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Литература
- •1.Цель работы
- •2.Теоретические сведения
- •3 . Методика эксперимента
- •4. Задание
- •5. Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Литература
- •1. Цель работы
- •2. Теоретические сведения
- •3. Методика эксперимента
- •4. Задание
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •7. Литература
- •Лабораторная работа №8
- •1. Цель работы:
- •2. Теоретические сведения
- •3. Методика эксперимента
- •4.Задание
- •5. Содержание отчета
- •6.Контрольные воросы
- •1. Цель работы
- •2. Теоретические сведения
- •5. Содержание отчета
- •6. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2.Теоретические сведения.
- •3. Задание
- •4. Содержание отчета
- •5. Контрольные вопросы
- •6. Литература.
5. Содержание отчета
Отчет должен содержать краткие теоретические сведения по теме работы, схемы экспериментов, результаты графо−аналитического расчета и измерений по п. 4.1−4.2.
6. Контрольные вопросы
1. Привести систему уравнений четырехполюсника в h −параметрах.
2. Дать определение каждого h −параметра.
3. Изобразить эквивалентную схему четырехполюсника.
4. Как по статическим характеристикам определить h −параметры транзистора?
5. Как измеряются h −параметры?
6. Изобразить Т−образную схему замещения транзистора.
7. Привести соотношения, выражающие h- параметры через физические параметры транзистора.
8 Как по h −параметрам определить физические параметры "транзистора?
9. Объяснить зависимости параметров транзистора от режима работы.
10. Как температура влияет на малосигнальные параметры?
7. Литература
1. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.; Энергия. 1977. стр. 187−268, 223−226
2. Ю.В.Виноградов. Основы электронной и полупроводниковой техники. М.: Энергия. 1972. стр. 9798, 115- 122.
3. А.Л.Булычев, В.А.Прохоренко. Электронные приборы. Минск. Высш. шк. 1987. стр. 183- 196.
Лабораторная работа N7
МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА
В СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ
1. Цель работы
Целью работы является приобретения навыков определения h -параметров транзистора по статическим характеристикам в схеме ОЭ. Экспериментальное определение h- -параметров в схеме ОЭ, расчет по ним физических параметров и пересчет h -параметров для различных схем включения.
2. Теоретические сведения
В схеме с общим эмиттером за независимые переменные принимаются ток базы и напряжение на коллекторе относительно общего электрода-эмиттера, а зависимыми являются ток коллектора и напряжение база-эмиттер. Система уравнений, описывающих линейный четырехполюсник (транзистор в схеме ОЭ) в системе h. -параметров, имеет вид:
(1)
- входное сопротивление при коротком замыкании на выходе дляпеременной составляющей сигнала,
- коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на входе для переменной составляющей сигнала,
- коэффициент усиления по току в режиме к.з. на выходе,
- выходная проводимость в режиме х.х. на входе.
Формальная эквивалентная схема четырехполюсника имеет общий вид для всех схем включения транзистора, a h-параметры имеют индексы, соответствующие схеме включения. Значение h -параметров зависит от схемы включения транзистора и для каждой схемы включения определяются по статическим характеристикам или измеряются. По известным h -параметрам для одной схемы включения определяются параметры других схем с помощью формул пересчёта.
На рис.1 приведены графики, поясняющие определение h - параметров по статическим входным и выходным характеристикам транзистора в схеме ОЭ для заданного режима по постоянному току
Рис.1. Определение h -параметров транзистора в схеме ОЭ по статическим характеристикам
h - параметры рассчитываются следующим образом:
(1)
Связь между h -параметрами и физическими параметрами транзистора в схеме ОЭ можно найти, сопоставив систему (1) и Т-образную схему замещения транзистора - рис. 2.
По сравнению с Т-образной схемой для режима ОБ кроме формального переключения выводов базы и эмиттера, на рис. 2 введен источник тока , т.к. входным сигналом является . Кроме того, поскольку общий электрод - эмиттер, вместо сопротивления коллекторного перехода введено сопротивление . Физически уменьшение сопротивления а в схеме ОЭ по сравнению с в схеме ОБ объясняется тем, что коллекторное напряжение частично прикладывается к эмиттерному переходу и вызывает соответствующее увеличение тока коллектора.
Рис.2. Физическая Т-образная схема замещения транзистора в режиме малого сигнала в схеме ОЭ
При коротком замыкании на выходе для переменной составляющей сигнала и заданном входном токе получим:
(4)
При холостом ходе на входе для переменной составляющей и заданном выходном напряжении :
(5)
(6)
В таблице 2.1 приведены формулы для определения h -параметров транзистора для трех схем включения через физические параметры:
Схема включения транзистора с общим коллектором (ОК) при коротком замыкании для переменной составляющей сигнала на выходе совпадает с схемой ОЭ, поэтому . Коэффициент передачи по току h21К=iЭ/iБ при UКЭ=0 как и для схемы ОБ отрицательной, так как выходной ток четырехполюсника не совпадает с "физическим" током по направлению. Параметр h21К близок к единице, так как выходное напряжение UКЭ через делитель практически полностью приложено ко входу. Выходная проводимость h22К совпадает с h22Э, поскольку схемы замещения при их определении отличаются лишь порядком включения резисторов и .
Таблица 2.1
Параметр |
Схемы включения |
||
ОБ |
ОЭ |
ОК |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
Приведенные в таблице 2.1 выражения для параметров нетрудно получить аналогично и из Т-образной схемы замещения транзистора, включенного с общим коллектором, приведена рис. 3
Рис. 3. Физическая Т-образная схема замещения транзистора
в режиме малого сигнала в схеме ОК
Физические параметры транзистора могут быть определены через на основании формул (36) или таблицы 2.1. При этом, как и для схемы ОБ, из-за неточности определения сопротивления и определяются с большой погрешностью,вплоть до отрицательных значений . На практике сначала рассчитывают через известный ток покоя (постоянная составляющая) транзистора, а затем по формулам 3,4,6 через h -параметры определяют остальные физические параметры:
(7)
(8)
(9)
(10)
На основании формулы (8) в справочных данных основной усилительный параметр транзистора - коэффициент передачи тока базы обознчается как .
Физические параметры транзистора формально можно определить и через h-параметры, измеренные в схеме ОК, но такой метод практического применения не нашел. Дело в том, что схема включения транзистора ОК (эмиттерный повторитель) при холостом ходе на входе и коротком замыкании на выходе для переменной составляющей сигнала теряет свои положительные свойства: высокое входное и низкое выходное сопротивления. Учитывая, что значения физических параметров для схем ОЭ и ОК совпадают (см. рис. 2 и 3), последние определяют через h-параметры, измеренные в схеме ОЭ и (или) ОБ.
В учебной и специальной литературе (1, 2, 3) часто приводятся соотношения, позволяющие производить пересчет h-параметров в одной схеме включения через h параметры, измеренные в другой схеме. Такие соотношения получены путем обращения четырехполюсника и хотя формально абсолютно верны, для практического применения малопригодны ввиду их громоздкости. На практике удобнее применять упрощенные формулы, полученные на основании таблицы 2.1 с учетом совпадения физических параметров транзистора для различных схем включения.
Ниже приведены формулы пересчета -параметров через параметры и соответствующие этим формулам соотношения между физическими параметрами:
(11)
Обратный пересчет от схемы ОЭ к схеме ОБ производится по формулам (11) с простой переменной индексов: .
Пересчет h -параметров для схем 0Э и 0К можно провести по формулам (обратный пересчет путем замены индексов):
(12)
Сопоставительный анализ схем ОБ и ОЭ позволяет определить различия между h-параметрами транзистора: входное сопротивление в схеме ОЭ в раз больше, чем . Типичные значения Ом, кОм. Коэффициент обратной связи по напряжению для обоих схем примерно одинаков и имеет порядок . В схеме ОЭ транзистор обеспечивает усиление по току, а в схеме ОБ . Выходная проводимость в схеме ОЭ в раз больше, чем в схеме ОБ.
Отличительной особенности схемы 0К является наличие 100% обратной связи по напряжению, поскольку .
В практических схемах, реализованных на транзисторах, включенных по схемам ОБ и ОЭ, режимы работы близки тем режимам, при которых определяются h-параметры: х.х. на входе и к.з. на выходы. Как правило, транзистор управляется током, что соответствует наличию во входной цепи источника с большим (по сравнению с ) выходным сопротивлением. Но даже при существенном отличии режима на входе от х.х. для переменной составляющей сигнала из-за того, что вход и выход транзистора связаны через большое сопротивление обратно смещенного коллекторного перехода, выходная проводимость и коэффициент обратной связи по напряжению усилительного каскада на транзисторе в схемах ОБ и ОЭ практически близки к соответствующим значениям и . Аналогично, сопротивление нагрузки транзисторного каскада как правило значительно меньше, чем (или ), что соответствует к.з. на выходе. Практическое совпадение значений "схемных" параметров усилительного каскада на транзисторе, работающего от источников сигнала с различными выходными сопротивлениями и на различную нагрузку в схемах ОЭ и ОБ, с h-параметрами транзистора является основным преимуществом представления транзистора как линейного четырехполюсников в h- системе.
В практических схемах на транзисторе, включенном по схеме ОК, эмиттерных повторителях, источник входного сигнала, как правило, является источником напряжения, и при100% обратной связи между входом и выходом "схемные" параметры - входное сопротивление и выходная проводимость существенно отличаются от h-параметров: входное сопротивление и выходная проводимость значительно больше, чем и соответственно. Другими словами, эти параметры усилителя определяются в основном внешними элементами, а не параметрами транзистора.
В таблице 2.2 приведены ориентировочные численные значения низкочастотных h-параметров маломощных кремниевых транзисторов для различных схем включения:
Таблица 2.2
Параметр |
Схема включения |
||
ОБ |
ОЭ |
ОК |
|
, Ом |
1-20 |
100-1000 |
100-1000 |
|
|
|
1 |
|
0,95-0,99 |
20-100 |
20-100 |
, См |
|
|
|